CN108302464B - 用于机动车辆的光学模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于机动车辆的光学模块,所述模块具有纵向光学轴线(A)并包括:从与光学轴线(A)正交的共用发射面(P)发射的基本光源(30)的矩阵阵列;用于投射所述基本光源(30)的图像的投射透镜(14),所述投射透镜(14)包括具有曲率缺陷的物方焦面(S);其特征在于:在所述发射面(P)和投射透镜(14)之间插入场校正光学元件(34)。
Description
技术领域
本发明涉及能够产生分段光束的机动车辆光学模块。
背景技术
这种类型的光学模块是已知的。它们能够向前纵向发射被称为“多光束”或甚至“像素光束”的最终光束。最终光束向前投射基本光源的矩阵阵列的图像。通过选择性地打开或关闭每个基本源,可以创建特别照亮车辆前方的道路的某些区域的最终光束,同时在黑暗中留下其他区域。
这种光学模块特别用于前照明装置中以产生也被称为适应性远光光束或ADB的适应性照明功能。这样的ADB功能旨在自动检测容易受到由前照灯以远光束模式发射的照明光束眩目的道路用户,并且修改该照明光束的轮廓,以便在该检测到的用户的位置中产生阴影区域,同时在用户的任一侧继续照亮到道路的远处。ADB功能的优点很多:用户舒适,在近光束模式下对照明的更好能见度,大大降低了眩目的危险,更安全的驾驶等。
这种模块通常包括通常由发光二极管(LED)形成的主光源的矩阵阵列、包括多个光导的第一主光学元件和投射透镜。发光二极管布置在平坦的印刷电路板上,印刷电路板位于与最终光束的投射方向正交的平面中。
主光学元件的光导总体上从光的入射面纵向延伸到光的出射面。光导旨在将由发光二极管发射的光线形成为具有通常为矩形或正方形的像素形状的较窄的光束。光导的出射面形成由投射透镜成像的副基本光源的矩阵阵列。
这样的模块需要副基本光源的投射图像具有受控的清晰度和光分布,使得由副基本光源的组合图像形成的最终光束具有均匀的光分布。这使得可以保证车辆的驾驶员不会由于光强度的分散而引起的照明水平的变化(例如在多个副基本源所重叠的区域中)而感到烦恼。
然而,这样的光学模块易于经受诸如球面像差,彗差,变形,散光,佩兹瓦尔场曲率等的光学像差影响。
本发明更具体地涉及由于佩兹瓦尔场曲率引起的问题的解决方案。理论上,投射透镜应该具有由与所述透镜的光学轴线正交的平面形成的物方焦面。然而,该物方焦面实际上具有凹球面曲率。
因此,如果矩阵阵列的副基本光源(在我们的情况下是光导的出射面)被布置在与投射透镜的光学轴线正交的平面中,则只有位于弯曲物方焦面上的副基本光源将被清晰地投射。
将位于弯曲物方焦面的前方或后方的其它副基本光源的投射将根据其相对于物方焦面的纵向距离相对模糊。
为了解决这个问题,已经提出了修改主光学元件的结构,以便将光导的出射面布置在与投射透镜的实际物体焦点的曲率十分近似的弧形表面上。然而,由于发光二极管由平坦的印刷电路板承载,所以光导的入射面设置在同一平面内。因此,位于与投射透镜的光学轴线一定距离的光导具有比靠近所述光学轴线的光导的长度大的长度。
然而,这样的主光学元件由于光导的可变长度而不容易制造。
此外,位于主光学元件端部处的光导的长度使得用于制造主光学元件的材料的选择被限制为例如硅酮。特别是不可能由聚碳酸酯或PMMA制造光导。
发明内容
本发明提出了一种用于机动车辆的光学模块,所述模块具有纵向光学轴线并包括:
-基本光源的矩阵阵列,每个基本光源能够从与光学轴线正交的共用发射面发射主基本光束;
-投射透镜,所述投射透镜纵向布置在基本光源的矩阵阵列前方的距离处,并且能够投射基本光源的图像,
投射透镜包括具有曲率缺陷的物方焦面;其特征在于:在所述发射面和所述投射透镜之间插入场校正第二光学元件。
场校正光学元件被设计成使得通过场校正光学元件,投射透镜的弯曲焦面的图像是与基本光源的矩阵阵列的发射面一致的物方焦面。因此,尽管其场缺陷,所有的光源都被投射透镜清晰地成像。
根据本发明的其它特征:
-场校正光学元件包括用于光线的入射面,该入射面纵向布置在远离发射面的一定距离处;
-所述模块包括主光学元件,所述主光学元件包括具有纵向主轴线的多个光导,每个光导包括入射面和出射前端面,相关联的主光源发射的光线通过入射面入射,光线通过出射前端面出射,出射前端面布置在发射面中,每个出射面形成基本光源的所述矩阵阵列的副基本光源;
-主光源布置在平行于发射面的平面中,所有光导具有相同的纵向长度;
-所有光导都由制造在共用的装置中的主光学元件生成,主光学元件包括用于光线的共用出射前面;
-场校正光学元件的入射面被纵向布置在远离主光学元件的出射面的距离处;
-场校正光学元件由至少一个场校正透镜形成;
-场校正光学元件由单个场校正透镜形成;
-场校正透镜的入射面在入射面的光学轴线附近的中心处是凹面的;
-场校正透镜的入射面在径向远离光学轴线的距离处在入射面的周边上是凸面的;
-场校正透镜包括出射凸面。
本发明还涉及前照灯型的机动车辆照明装置,其包括根据前述权利要求中任一项制造的光学模块。
根据本发明的另一特征,照明装置还包括近光束模块。
附图说明
本发明的其他特征和优点将在阅读以下详细描述的情况下变得显而易见,参照附图将更好地理解详细描述,其中:
-图1是示出包括根据本发明的教导制造的光学模块的信号或照明装置的透视图;
-图2是示出图1的包括发光二极管的矩阵阵列的装置的印刷电路板的透视图;
-图3是示出图1的包括多个光导的装置的主光学元件的背面的透视图;和
-图4是图1的水平剖面4-4的剖视图,其中投射透镜的弯曲物方焦面和主光学元件的光导的出射面的平面已经用虚线示出。
具体实施方式
在其余的描述中,以下定向将被非限制性地采用:
沿着光学模块的投射透镜的光学轴线从后向前定向的纵向“L”;
从左向右定向的横向“T”;和
从底部到顶部定向的竖直方向“V”。
垂直定向“V”以几何参考方式使用,与重力方向无关。
在其余描述中,具有相同结构和/或类似功能的元件将被引用相同的附图标记。
图1示出了用于机动车辆的信号或照明装置所配置的光学模块10。光学模块10旨在向前纵向发射最终光束。此处涉及由重叠的多个基本光束组成的适应性光束。这种光学模块10特别能够提供也称为适应性远光光束或ADB的适应性远光束功能,或者光学模块10也能够提供也称为动态转向灯或DBL的方向性照明。
照明装置至少包括光学模块10。光学模块10主要包括发光装置12和投射透镜14,该投射透镜12纵向布置在发光装置12前方和远离发光装置12的距离处。投射透镜14具有纵向光学轴线“A”。
作为本发明的变型(未示出),照明装置还包括能够发射单个下降式近光束的第二近光束模块。
这里的发光装置12包括主发光光源18的矩阵阵列16。这里涉及发光二极管18。矩阵阵列16配备有横向两排的十七个发光二极管18。光学轴线“A”基本上在横向方向上穿过矩阵阵列16的中间。
矩阵阵列16位于与纵向方向“L”正交的平面中。更具体地,发光二极管18在此由印刷电路板20的前面承载。
这些发光二极管18在其操作期间易于发热。因此,包括冷却散热片的散热器22黏附结合到印刷电路板20的背面,以便去除热。
发光二极管18在光锥体中发出非常展开的光线。此外,每个发光二极管18具有其尺寸必须适于能够被光学模块10有效地使用的发射区域。为此,光学模块包括第一主光学元件24,第一主光学元件24纵向地布置在发光二极管18的矩阵阵列16的前面,以便改变发射的光线的分布。
如图2所示,这里的主光学元件24包括由多个光导26形成的第一后部区段24A。每个光导26沿着纵向主轴线从入射面28延伸到用于光线的出射前端面30,出射前端面30特别可以在图4中看到。每个光导26被设计成将经由入射面28进入的光线引导到出射面30。在本发明的情况下,每个出射面30形成将在以下称为“副基本光源30”的副基本光源。
后部区段24A包括矩阵阵列,矩阵阵列包括至少与包括发光二极管18的矩阵阵列16一样多的光导26。每个光导26与一个发光二极管18相关联。因此,后部区段24A包括两排的十七个光导26。
光导26的入射面28布置在平行于印刷电路板20的平面的共用平面中。当主光学元件24布置在光学模块10中时,因而每个入射面28被纵向定位成面向并靠近相关联的发光二极管18,如图4所示,使得由每个发光二极管18发射的大部分光线进入相关联的光导26中。
如图3所示,每个光导26易于具有适合于产生所需形状的出射主基本光束的横截面,以用于信号或照明装置所配置的光学模块10的功能。
如图4所示,光导26的出射面,即形成副基本光源30的面,布置在平行于印刷电路板20的平面的共用发射面“P”中。这样,光导26全部具有相同的长度。
因此,光导26的出射面形成副基本光源30的矩阵阵列,这里是两排十七个副光源,每一个副光源能够从与纵向方向“L”正交的共用发射面“P”在主投射纵向方向上发射主基本光束。出射面,即形成副基本光源的面,被布置成彼此紧邻,例如彼此相距0.1mm的距离。
主光学元件24还包括用于对由副基本光源30发射的主基本光束进行成形的前区段24B。该前区段24B例如允许基本光束竖直地和/或水平地扩展。
前区段24B包括用于主光学元件的光线的共用出射前端面32。
该前区段24B此处与光导26一体地形成,使得主光学元件24被制造成一个装置。
主光学元件24例如由硅酮,聚碳酸酯,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或适用于制造光导26的任何其它材料制成。
投射透镜14纵向布置在发射面“P”前方的距离处。投射透镜14能够将副基本光源30的图像投射到无限远,以便形成最终光束。在位于距离很远(例如25m)的横向竖直屏幕(未示出)上的投射中,每个副基本光源30允许屏幕的区域被照亮。这些区域稍微重叠,以均匀照明。单独控制每个二极管18,使得可以选择性地照亮屏幕的每个区域。
这里投射透镜14制造在单个装置中。
如已知的那样,投射透镜14包括与光学轴线“A”整个正交的物方焦面“S”,光学轴线“A”与物体焦点相交。
为了使获得的最终光束具有用途所需的发光特性,副基本光源30以基本上清楚的方式成像是必要的。
为此,每个副基本光源30将位于投射透镜14的物方焦面上。
理论上,假设投射透镜14具有与光学轴线“A”完全正交的平坦的物方焦面。然而,事实上,已知投射透镜14具有包括凹球面曲率缺陷的物体焦点。这种缺陷称为佩兹瓦尔场曲率。
为了允许投射透镜正确地聚焦在副基本光源30上,发射面“P”和投射透镜14之间插入场校正第二光学元件34。该场校正光学元件34被专门设计以校正投射透镜14的佩兹瓦尔场曲率。
场校正光学元件34形成为使得从主光学元件24看去,投射透镜14的弯曲焦面“S”的通过场校正光学元件34的图像位于物方焦面中,物方焦面与副基本光源30的矩阵阵列的发射面“P”重合。投射透镜14将被预先定位,使得物方焦面“S”与发射面“P”相切,场校正光学元件34的作用是将物方焦面“S”朝向发射面“P”变平。
场校正光学元件34由至少一个场致平透镜形成。在图中所示的示例中,场校正光学元件34包括单个场致平透镜,场致平透镜因此在下面将被标为34。
作为本发明的变型(未示出),场校正光学元件包括多个沿着光学轴线串联布置的场致平透镜。
场校正光学元件34包括用于光线的入射背面36,该入射背面纵向布置在远离发射面“P”的距离处。场校正光学元件34的入射面36纵向布置在远离主光学元件24的出射面32的距离处。如图4所示,场致平透镜的入射面36在入射面36的靠近光学轴线“A”的中心处是凹面的。
作为本发明的变型(未示出),场致平透镜的入射面36在径向地远离光学轴线的距离处在入射面的周边上是凸面的。
场校正光学元件34包括用于光线的出射前面38。
这个出射面38被纵向布置成面对并且远离投射透镜14。出射面38在这里具有凸面形状。
凭借场校正光学元件34在主光学元件24和投射透镜14之间的布置,可以产生具有相同长度的短光导26。因此,主光学元件24更容易制造。
特别是可以使用不允许通过成型获得的长光导的材料。
因此,可以使用聚碳酸酯制造根据本发明的主光学元件24,而根据现有技术的包括非常长的光导的主光学元件只能由硅酮制成。
当然应当理解,更重要的是,根据本发明的教导制造的主光学元件24可以由硅酮制成。
Claims (10)
1.一种用于机动车辆的光学模块(10),所述模块具有纵向光学轴线(A),并包括:
基本光源(30)的矩阵阵列,每个基本光源能够从与所述光学轴线(A)正交的共用发射面(P)发射主基本光束;
投射透镜(14),所述投射透镜被纵向地布置在基本光源(30)的矩阵阵列前方的距离处,并且能够投射基本光源(30)的图像,所述投射透镜(14)包括具有曲率缺陷的物方焦面(S);
其特征在于:在所述发射面(P)和所述投射透镜(14)之间插入场校正光学元件(34)并且所述场校正光学元件被设计成校正所述投射透镜的所述曲率缺陷,所述模块(10)包括主光学元件(24),所述主光学元件包括具有纵向主轴线的多个光导(26),每个光导(26)包括入射面(28)和出射前端面(30),相关联的主光源(18)发射的光线通过入射面(28)入射,光线通过出射前端面出射,所述出射前端面布置在发射面(P)中,每个出射前端 面(30)形成基本光源(30)的所述矩阵阵列的副基本光源(30),所有光导(26)都由制造在共用的装置中的主光学元件(24)生成,主光学元件(24)包括用于光线的共用出射前面(32),场校正光学元件(34)的入射面(36)纵向布置在远离主光学元件(24)的出射面(32)的距离处。
2.根据权利要求1所述的模块(10),其特征在于:
场校正光学元件(34)包括用于光线的入射面(36),所述入射面纵向布置在远离发射面(P)的距离处。
3.根据权利要求1所述的模块(10),其特征在于:
主光源(18)布置在平行于发射面(P)的平面中,所有光导(26)具有相同的纵向长度。
4.根据前述任一项权利要求所述的模块(10),其特征在于:
场校正光学元件(34)由至少一个场校正透镜(34)形成。
5.根据权利要求4所述的模块(10),其特征在于:
场校正光学元件(34)由单个场校正透镜(34)形成。
6.根据权利要求5所述的模块(10),其特征在于:
场校正透镜(34)的所述入射面(36)在所述入射面的与光学轴线(A)靠近的中心处是凹面的。
7.根据权利要求6所述的模块(10),其特征在于:
所述场校正透镜(34)的入射面(36)在径向地远离光学轴线(A)的距离处在所述入射面的周边上是凸面的。
8.根据权利要求5和6中任一项所述的模块(10),其特征在于:
场校正透镜(34)包括凸面的出射面(38)。
9.一种前照灯型的机动车辆照明装置,所述机动车辆照明装置包括根据前述权利要求中任一项制造的光学模块(10)。
10.根据权利要求9所述的照明装置,其特征在于:
所述照明装置还包括近光束模块。
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